mpc控制器如何调节P,m值

发布网友发布时间：2022-05-16 15:20

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摘要MPC有一套调节参数,通过对参数的调节来调整闭环响应的稳定性与控制性能.通常这些参数需要根据经验反复整定,由于这些参数的混叠影响以及输入约束所带来的非线性,这种参数的调节是很麻烦的.动态矩阵控制算法(DMC)是目前应用最广的一种多变量预测控制算法,因此,我们主要讨论DMC控制器参数的设计与调节.在过去的几十年里,研究者们对DMC参数对闭环性能的定性影响做了大量的工作.Marchetti对各可调参数对DMC的性能的定性影响做了详细的分析;R a hu l对无约束的单输入单输出和多变量预测控制参数的调节分别作出了分析.M aurath则利用主元分析方法来计算DMC的控制增量权重.为了简化DMC的调节,基金项目:湖北省自然科学基金资助项目(2005ABA225)M aurath还提出了M=1的控制器配置.给出了当3/17页M=1时,不论阶跃响应{.,)有何种形式,通过选择充分大的P可得到稳定的控制器的结论.还有大量的研究者将模型预测控制的调节策略集中在某些特定的方面,如控制器的稳定性和鲁棒性.尽管很多方法对DMC提供了完整的设计,但是需要复杂的分析工具与高级的控制知识.对于一个有n个输出,n个输人的系统,无约束多变量DMC性能指标有以下形式.minJ:[E—AAuQ Q[E—AAu]+[△M][△”](1)式(1)的解为Au=(AQQA十)AQQE(2)其中:A为系统矩阵,E为P个采样时刻的预测值与期望值偏差向量.咨询记录 · 回答于2021-05-14mpc控制器如何调节P,m值MPC有一套调节参数,通过对参数的调节来调整闭环响应的稳定性与控制性能.通常这些参数需要根据经验反复整定,由于这些参数的混叠影响以及输入约束所带来的非线性,这种参数的调节是很麻烦的.动态矩阵控制算法(DMC)是目前应用最广的一种多变量预测控制算法,因此,我们主要讨论DMC控制器参数的设计与调节.在过去的几十年里,研究者们对DMC参数对闭环性能的定性影响做了大量的工作.Marchetti对各可调参数对DMC的性能的定性影响做了详细的分析;R a hu l对无约束的单输入单输出和多变量预测控制参数的调节分别作出了分析.M aurath则利用主元分析方法来计算DMC的控制增量权重.为了简化DMC的调节,基金项目:湖北省自然科学基金资助项目(2005ABA225)M aurath还提出了M=1的控制器配置.给出了当3/17页M=1时,不论阶跃响应{.,)有何种形式,通过选择充分大的P可得到稳定的控制器的结论.还有大量的研究者将模型预测控制的调节策略集中在某些特定的方面,如控制器的稳定性和鲁棒性.尽管很多方法对DMC提供了完整的设计,但是需要复杂的分析工具与高级的控制知识.对于一个有n个输出,n个输人的系统,无约束多变量DMC性能指标有以下形式.minJ:[E—AAuQ Q[E—AAu]+[△M][△”](1)式(1)的解为Au=(AQQA十)AQQE(2)其中:A为系统矩阵,E为P个采样时刻的预测值与期望值偏差向量.在DMC控制器中,影响DMC闭环性能的可调节参数包括预测时域P,控制时域,模型时域Ⅳ,采样时间,被控变量误差权重q与控制作用增量权重r.△”为n个操纵变量在未来步的增量.QQ为被控变量权矩阵,为Pn×Pn维对角阵,其中第,个对角块对角元素为q.RR为控制增量权矩阵,为Mn×Mn. .维对角阵.其第,个对角块对角元素为r.本文给出了DMC控制器控制各参数的选取规则,对于有约束与无约束多变量DMC参数的调节策略做了详细探讨,并讨论了目前商业MPC软件的控制器设计与参数调节手段.1多变量DMC控制器各调节参数的选取原则多变量DMC控制器各调节参数的选取原则主要有以下几个方面内容.1.1采样时间的选取在可调参数中,采样时间与模型时域Ⅳ的选择通常是相互联系的并且会影响优化时域P的选择.取太大,则系统的抗干扰性变差,取太小,则造成较大的计算负担.对于采样时刻r的选取,通常由以下规则给出:首先,对过程各子模型取一阶加纯滞后近似式(3).=l,2’2…2. ’)(3)选为:f=max(0.17”,0.50),., ’1 T:min() 【z’…,;=1,2,…,n)1.2模型时域与预测+1.1.3控制时域的选取控制时域也是一个可调参数,随着的增加.更多的自由度提供给控制器优化,增加可能会改善控制系统性能.取值较大可以在更大时间段上检测约束违反,均化控制目标,使得控制的机动性增加.Rawling与Muske证明了如果大于或等于过程的不稳定模式的个数,可以保证无穷域优化MPC的稳定性.的确定方法为MX应大于使多变量系统中响应最慢的子模型达到稳态值60%的时间.利用过程动态的一阶近似模型,取M=ma x(r/+k)(=1,…,n;=1,…,n)1.4输出反馈误差校正系数反馈误差校正系数h.的选择独立于其它设计参数,是DMC算法中唯一直接可调的参数,它仅在对象受到未知干扰和存在模型适配造成预测输出与实际输出不一致时才起作用,而对控制的动态响应没有明显的影响.1.5被控变量权重q被控变量权重在多变量DMC具有2种作用:(1)用户可选择权重来标定过程变量的测量;(2)用户可选择权重来确定被控变量的重要程度.因此,6/17页被控变量权重通常由用户指定,一般不作为多变量DMC的主要调节参数.1.6控制增量权重A对于控制时域为1时,系统的闭环响应是缓慢的,加大控制增量权重只会进一步减慢过程响应.当M>1时,如果没有控制作用权重会导致控制作用过于剧烈,严重时会产生振荡.但是如果权重太大则会使得闭环响应过于缓慢.因此该权重是一个连续参数,它对系统的闭环响应有重要影响,故很多研究工作者都将此参数作为DMC控制器性能的主要调节参数.对一个单输入单输出系统,假定控制增量权矩阵R:rl(r≥0),控制器通过调节权重r使系统稳定的充要条件是:P(∑a i q)0>0=l其中ai为阶跃响应系数,g为被控变量权系数.该条件意味着优化的加权重心必须和阶跃响应的稳态值在同一方向.2DMC控制器几种有效的调节策略DMC是目前应用最广的一种多变量预测控制算法,在实际应用中取得了良好的效果.作者在前人研